JP2017195109A

JP2017195109A - バスバー

Info

Publication number: JP2017195109A
Application number: JP2016085332A
Authority: JP
Inventors: 俊佑川合; Toshihiro Kawai
Original assignee: Toyoda Iron Works Co Ltd
Current assignee: Toyoda Iron Works Co Ltd
Priority date: 2016-04-21
Filing date: 2016-04-21
Publication date: 2017-10-26

Abstract

【課題】巨大化を抑制しつつより強い接続強度が得られるバスバーを提供する。
【解決手段】バスバー１は、第１の金属板材１０と第２の金属板材２０とを有する。第１の金属板材１０は、重ね合わせ方向である上下方向に対して交差する左右方向において対向する対向面が設定される係合溝１１を有する。第２の金属板材２０は、係合溝１１に挿入される係合片２１を有する。第１の金属板材１０及び第２の金属板材２０は、係合溝１１と係合片２１との間で超音波接合される。
【選択図】図２

Description

本発明は、バスバーに関する。

従来、次のようなバスバーが開示されている。すなわち、特許文献１には、第１のバーの端部に第２のバーの端部を重ね合わせ、その重ね合わせた部位を超音波接合させて、１つのバスバーとする技術が開示されている。

特開２０００−３７３９号公報

特許文献１に開示される技術では、第１のバーと第２のバーとの接合強度は接合面積に比例する。このため、より強度な接合強度を得たい場合、第１のバー及び第２のバーを長手方向又は幅方向に延ばす必要がある。しかしながら、このような対応は、第１のバー及び第２のバーの巨大化、ひいては接合して得られるバスバーの巨大化を招いていた。

本発明の目的は、巨大化を抑制しつつより強い接続強度が得られるバスバーを提供することにある。

上記課題を解決するために、バスバーは、重ね合わせ方向に対して交差する方向において対向する対向面が設定されるように凹設される係合溝を有する第１の接合部材と、前記係合溝に挿入される係合片を有する第２の接合部材とを備え、前記第１の接合部材及び前記第２の接合部材は、前記係合溝と前記係合片との間で超音波接合されることを要旨とする。

この構成によれば、第２の接合部材の係合片は、重ね合わせ方向において第１の接合部材と接触するとともに、重ね合わせ方向と交差する方向において対向面に挟まれている。ここで、係合片は、重ね合わせ方向において係合片と接触しているので、超音波振動により係合溝との間で発生する摩擦熱によって軟化するとともに重ね合わせ方向における加圧によって当該重ね合わせ方向と交差する方向に膨らむ。膨らんだ係合片は、対向面と接触し、当該対向面との間においても摩擦される。したがって、係合片は、重ね合わせ方向に加えて当該重ね合わせ方向と交差する方向においても係合溝と超音波接合される。

このように、この構成を採用すれば、従来と比較して、重ね合わせ方向における接合面積が等しくても、重ね合わせ方向と交差する方向における係合溝と係合片との接合面積の分だけ第１の接合部材と第２の接合部材との接合面積が増加する。このため、バスバー全体としての巨大化が抑制されるとともに、より第１の接合部材と第２の接合部材との間の接合強度が強いバスバーが得られる。

上記構成において、前記係合片は、前記対向面と対向する被挟持面を有し、前記対向面及び前記被挟持面は、前記係合溝と前記係合片との間の摺動方向に延びることが好ましい。

この構成によれば、係合溝と係合片との間で超音波接合される際、対向面と挟持面との間の摺動面積がより広く確保されるので、対向面と被挟持面との間で超音波接合される面積が広くなる。その結果、より接合強度が強いバスバーが得られる。なお、係合溝と係合片との間の摺動方向は、これら係合溝（第１の接合部材）及び係合片（第２の接続部材）のいずれか一方に残る超音波接合機のホーン痕により確認できる。

上記構成において、前記係合溝は、重ね合わせ方向に形成される溝底面、及び前記対向面の両方に交差する方向に延びる突当面を有することが好ましい。
この構成によれば、係合溝に係合片をセットする際、係合片の先端を突当面に当てることができる。したがって、係合片の係合溝に対するセット性が向上し、製造過程における負荷が軽減される。なお、突当面により、軟化した係合片がより対向面により挟持される方向に広がりやすいという効果もある。

上記構成において、前記対向面は、重ね合わせ方向に形成される溝底面に向かうにつれて、徐々に互いに対向する距離が短くなるように傾斜することが好ましい。
この構成によれば、重ね合わせ方向において係合片を係合溝に進入させやすくなるので、係合片の係合溝に対するセット性が向上し、製造過程における負荷が軽減される。

上記構成において、前記被挟持面は、重ね合わせ方向の前記係合溝側に向かうにつれて、徐々に互いに対する距離が短くなるように傾斜することが好ましい。
この構成によれば、対向面と被挟持面との間の摺動面積がより広く確保される。したがって、製造過程における負荷が軽減されるとともに、より接合強度が強いバスバーが得られる。

上記構成において、前記対向面は、前記第１の接合部材及び前記第２の接合部材が延びる長手方向に対して傾斜するように延びることが好ましい。
対向面が第１の接合部材及び第２の接合部材の長手方向に沿って延びる場合の対向面の面積と比較して、この構成の対向面の面積は広い。これにより、第１の接合部材と第２の接合部材との接合面積が増加するので、これら両者の接合強度も強くなる。

本発明のバスバーは、巨大化が抑制されつつより強い接続強度を有するという効果を有する。

バスバーの斜視図。バスバーの分解斜視図。（ａ）は第１の金属板材における上面図、（ｂ）は前面図、（ｃ）は断面図、（ｄ）は右面図。（ａ）は第２の金属板材における上面図、（ｂ）は前面図、（ｃ）は断面図、（ｄ）は左面図。超音波接合機にセットされたバスバーを示す正面図。超音波接合されたバスバーの上面図。バスバーの別例を示す断面図。バスバーの別例を示す側面図。バスバーの別例を示す分解斜視図。バスバーの別例を示す上面図。バスバーの別例を示す側面図。バスバーの別例を示す側面図。

以下、バスバーの一実施形態を図面にしたがって説明する。
図１に示すように、バスバー１は、第１の金属板材１０及び第２の金属板材２０を超音波接合したものである。

第１の金属板材１０及び第２の金属板材２０は、ともに互いに直交する６つの長方形の外面を有している。なお、第１の金属板材１０は第１の接合部材に、第２の金属板材２０は第２の接合部材に、それぞれ相当する。

図２、図３（ａ）、図３（ｂ）、図３（ｃ）、及び図３（ｄ）の各図に示すように、第１の金属板材１０は、右端面１０ａと上端面１０ｂとの境界部を含むように上端面１０ｂに凹設された係合溝１１を有する。係合溝１１は、右方に露出する突当面１２、前後方向で対向する対向面１３、及び上方に露出する溝底面１４を有する。

突当面１２は、右端面１０ａと平行な位置関係とされている。ここでは、突当面１２と右端面１０ａとの間の寸法である係合溝１１の左右方向寸法をＬｘ１と規定する。
対向面１３は、互いに平行な位置関係とされるとともに前後端面１０ｃに対しても平行な位置関係とされている。ここでは、対向面１３同士の間の寸法である係合溝１１の前後方向寸法をＬｙ１と規定する。

溝底面１４は、上端面１０ｂと平行な位置関係とされている。ここでは、溝底面１４と上端面１０ｂとの間の寸法である係合溝１１の上下方向寸法をＬｚ１と規定する。
図２及び図４（ａ）、図４（ｂ）、図４（ｃ）、及び図４（ｄ）の各図に示すように、第２の金属板材２０は、左端面２０ａに突設された係合片２１を有する。係合片２１は、左方に露出する先端面２２、前後方向に露出する被挟持面２３、下方向に露出する下面２４、及び上方向に露出する上面２５を有する。

先端面２２は、左端面２０ａと平行な位置関係とされている。ここでは、先端面２２と左端面２０ａとの間の寸法である係合片２１の左右方向寸法をＬｘ２と規定する。当該左右方向寸法Ｌｘ２は、係合溝１１の左右方向寸法Ｌｘ１よりも若干短く設定されている。

被挟持面２３は、互いに平行な位置関係とされるとともに前後端面２０ｃに対しても平行な位置関係とされている。ここでは、被挟持面２３同士の間の寸法である係合片２１の前後方向寸法をＬｙ２と規定する。当該前後方向寸法Ｌｙ２は、係合溝１１の前後方向寸法Ｌｙ１よりも若干短く設定されている。

下面２４及び上面２５は、互いに平行な位置関係とされ、下面２４は下端面２０ｄに、上面２５は上端面２０ｂに、それぞれ連続している。ここでは、下面２４と上面２５との間の寸法である係合片２１の上下方向寸法をＬｚ２と規定する。当該上下方向寸法Ｌｚ２は、係合溝１１の上下方向寸法Ｌｚ１よりも若干短く設定されている。

次に、バスバー１の製造過程について説明する。
図２に示すように、第１の金属板材１０の上方から第２の金属板材２０を下方向に向かって変位させて、係合溝１１の溝底面１４と係合片２１の下面２４とを当接させる。次に、第２の金属板材２０を左方向に向かって変位させて、突当面１２と先端面２２とを接近させる。以上により、第１の金属板材１０と第２の金属板材２０との間の位置決めが完了する。なお、突当面１２により先端面２２の左方向への変位が規制されるので、係合片２１の係合溝１１に対するセット性が向上し、バスバー１の製造過程における負荷が軽減される。

次に、図５に示すように、位置決めされた第１の金属板材１０及び第２の金属板材２０は、ホーン５１及び台座５２を有する超音波接合機５０にセットされる。詳述すると、第１の金属板材１０及び第２の金属板材２０は、ホーン５１の振動方向と第１の金属板材１０及び第２の金属板材２０の左右方向とが対応し、且つ第１の金属板材１０が台座５２に対して相対変位不能となるように超音波接合機５０にセットされる。

超音波接合機５０は、ホーン５１を台座５２に対して接近させて、係合溝１１と係合片２１とを上下方向において挟み込むようにこれら両者を加圧しながら、ホーン５１に対して超音波を付与する。したがって、ホーン５１の超音波振動を受けて係合片２１も超音波振動する。第１の金属板材１０は台座５２に固定されているので、係合溝１１と係合片２１とが摺動し摩擦熱が発生する。当該摩擦熱により係合溝１１と係合片２１との接触面同士の酸化皮膜及び汚れが除去され、清浄な金属表面が露出する。したがって、係合溝１１表面の金属結晶粒と係合片２１表面の金属結晶粒との間に引力が作用し、これら結晶粒子同士が金属間結合する。当該金属間結合により、第１の金属板材１０と第２の金属板材２０とが接合され、バスバー１が製造される。

次に、バスバー１の作用及び効果について説明する。
上述したように、第１の金属板材１０及び第２の金属板材２０は、係合溝１１と係合片２１との摺動部分において接合される。具体的には、ホーン５１の加圧方向である係合溝１１の溝底面１４と係合片２１の下面２４とが摺動するため、これら溝底面１４と下面２４とが接合される。また、ホーン５１による加圧によって、摩擦熱により軟化した係合片２１は、図６に示すように、加圧方向と交差する方向である前後方向にも膨らむように変形する。ここで、係合片２１の前後方向寸法Ｌｙ２は、係合溝１１の前後方向寸法Ｌｙ１より若干短いだけであるから、係合片２１の変形によって、係合片２１の被挟持面２３と係合溝１１の対向面１３とが接触する。したがって、これら対向面１３と被挟持面２３とが摺動し、これら対向面１３と被挟持面２３とが接合される。

以上のように、係合溝１１と係合片２１との接合は、溝底面１４と下面２４との間に加えて、対向面１３と被挟持面２３との間でも行われる。したがって、金属板材同士を重ね合わせる面積（ここでは溝底面１４と下面２４との面積）を増加させなくても、本例の第１の金属板材１０及び第２の金属板材２０を採用して、バスバー１を製造すれば、バスバー全体としての巨大化が抑制されるとともに、接合強度が強いバスバーが得られる。

なお、突当面１２により、軟化した係合片２１の突当面１２に近接する方向への膨らみが抑制される。言い換えると、係合片２１は、対向面１３により挟持される方向に膨らみやすいので、より対向面１３と被挟持面２３との間の接合強度が強くなる。

また、対向面１３及び被挟持面２３は、ホーン５１の超音波振動方向に延びている。これにより、超音波接合される際、対向面１３と被挟持面２３との間の摺動面積がより広く確保されるので、対向面１３と被挟持面２３との間で超音波接合される面積が広くなる。その結果、より接合強度が強いバスバー１が得られる。なお、係合片２１の上面２５に残るホーン痕により、対向面１３及び被挟持面２３に対するホーン５１の超音波振動方向を確認できる。

なお、上記実施形態は、以下のように変更してもよい。
・上記実施形態において、係合溝１１の対向面１３を次のように構成してもよい。すなわち、図７に示すように、係合溝１１の溝底面１４に向かうにつれて、徐々に互いに対向する距離が短くなるように傾斜するように対向面１６を構成する。このように構成すれば、係合溝１１の上方から下方に向かって係合片２１を変位させたときに、当該係合片２１を係合溝１１に進入させやすくなるので、係合片２１の係合溝１１に対するセット性が向上し、バスバーの製造過程における負荷が軽減される。

・また、図７に示すように、第１の金属板材１０に向かうにつれて、徐々に互いに対する距離が短くなるように傾斜するように被挟持面２６を構成すれば、対向面１６と被挟持面２６との間の摺動面積がより広く確保される。したがって、バスバーの製造過程における負荷が軽減されるとともに、より接合強度が強いバスバーが得られる。

・上記実施形態において、第２の金属板材２０の上下方向寸法はＬｚ２とされたが、上下方向寸法がＬｚ２とされるのは係合片２１だけが好ましい。図８に示すように、係合片２１を除く第２の金属板材２０の部分が、第１の金属板材１０の上下方向寸法と等しく形成されれば、バスバー全体として上下面が滑らかに連続する。

・上記実施形態において、係合溝１１は、右端面１０ａと上端面１０ｂとの境界部を含むように形成されたが、図９に示すように、上端面１０ｂと後端面１０ｃとの境界部を含むように形成されても、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。

・上記実施形態において、対向面１３及び被挟持面２３は、第１の金属板材１０及び第２の金属板材２０の長手方向である左右方向に沿って延びていたが、これら両方向は、一致していなくてもよい。例えば、図１０に示すように、係合溝１１に、第１の金属板材１０の長手方向（左右方向）に対して傾斜する対向面１７を採用し、これと同様に、係合片２１に、第２の金属板材２０の長手方向（左右方向）に対して傾斜する被挟持面２７を採用する。このように構成すれば、右端面１０ａと突当面１２との間の距離が上記実施形態と等しくても対向面１７の面積は対向面１３の面積よりも広くなり、左端面２０ａと先端面２２との間の距離が上記実施形態と等しくても被挟持面２７の面積は被挟持面２３の面積よりも広くなる。したがって、対向面１７及び被挟持面２７を採用すれば、上記実施形態よりも超音波接合される面積が増加するので、その分、第１の金属板材１０と第２の金属板材２０との間の接合強度も強くなる。

・上記実施形態の溝底面１４及び下面２４に代えて、図１１に示すように、凹凸が噛み合う溝底部１８及び下底部２８を採用してもよい。このように構成した場合でも、上記実施形態よりも超音波接合される面積が増加するので、その分、第１の金属板材１０と第２の金属板材２０との間の接合強度も強くなる。なお、凹凸形状は適宜変更してもよい。

また、図１２に示すように、下方向に向かって緩やか凹む湾曲底面１９及び当該湾曲底面１９に対応するように下方向に向かって緩やかに湾曲するように膨出する膨出下面２９を採用してもよい。このように構成した場合でも、上記実施形態よりも超音波接合される面積が増加するので、その分、第１の金属板材１０と第２の金属板材２０との間の接合強度も強くなる。なお、第１の金属板材１０の底面を膨出形状とし、第２の金属板材２０の下面を凹み形状としてもよい。

・上記実施形態において、超音波接合機５０は、加圧及び超音波振動に加えて第１の金属板材１０及び第２の金属板材２０を加熱してもよい。
・上記実施形態における各種寸法は適宜変更してもよい。

１…バスバー、１０…第１の金属板材、１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ…端面、１１…係合溝、１２…突当面、１３，１６…対向面、１４…溝底面、２０…第２の金属板材、２１…係合片、２２…先端面、２３，２６…被挟持面、２４…下面、２５…上面、５０…超音波接合機、５１…ホーン、５２…台座。

Claims

重ね合わせ方向に対して交差する方向において対向する対向面が設定されるように凹設される係合溝を有する第１の接合部材と、
前記係合溝に挿入される係合片を有する第２の接合部材とを備え、
前記第１の接合部材及び前記第２の接合部材は、前記係合溝と前記係合片との間で超音波接合されるバスバー。
請求項１に記載のバスバーにおいて、
前記係合片は、前記対向面と対向する被挟持面を有し、
前記対向面及び前記被挟持面は、前記係合溝と前記係合片との間の摺動方向に延びるバスバー。
請求項２に記載のバスバーにおいて、
前記係合溝は、重ね合わせ方向に形成される溝底面、及び前記対向面の両方に交差する方向に延びる突当面を有するバスバー。
請求項２又は３に記載のバスバーにおいて、
前記対向面は、重ね合わせ方向に形成される溝底面に向かうにつれて、徐々に互いに対向する距離が短くなるように傾斜するバスバー。
請求項４に記載のバスバーにおいて、
前記被挟持面は、重ね合わせ方向の前記係合溝側に向かうにつれて、徐々に互いに対する距離が短くなるように傾斜するバスバー。
請求項１〜５のうちいずれか一項に記載のバスバーにおいて、
前記対向面は、前記第１の接合部材及び前記第２の接合部材が延びる長手方向に対して傾斜するように延びるバスバー。